虚拟化技术在高校信息资源存储管理中的应用

甘振韬，卞亚红第三军医大学教育技术中心，重庆 400038;第二军医大学教育技术中心，上海 00433

高校信息化教学的发展推动了信息资源的建设，各类信息资源数量的剧增对存储造成了相当的压力，也让以往的存储模式在纷繁复杂的海量信息资源面前出现管理瓶颈［1］。如何在新的时期采用新的存储技术架构与应用模式，以确保信息资源的数据安全、高可用性，是我们所思考的问题。

1 高校信息资源存储面临的问题

1．1 硬件投资成本大

信息资源的不断增加，带来数据中心应用服务器和数据服务器的不断增加，出现不同的软、硬件平台和彼此相互独立的应用系统，也出现服务器分散管理的局面，从而导致数据中心设备成本增加。传统的服务器连接存储方式通常难以更新或集中管理，服务器分散管理也很难评估、规划数据存储容量增长变化的需求，数据中心的整体存储空间不能有效地整合和进行智能化管理［2］。对于系统管理员来说，在物理位置分散的存储方式下，要正确、快捷地管理应用系统或数据库系统是极不容易的，尤其是数据的备份和数据的恢复工作，管理环节增多，操作复杂。

1．2 资源利用率低

网络环境下，数据的上载、发布、更新、备份、恢复等操作往往要占用网络带宽和服务器资源，尤其是当网络上数据存储发展到一定规模时，数据服务和数据管理不仅严重影响主机系统性能，还要大量占用网络资源，增加网络负担，使网络运行效率低下［3］。有限的服务器和网络性能与持续增长的数据处理需求形成一对不可调和的矛盾。

1．3 服务器功耗大

信息资源管理中心主要分为网络、服务器以及存储三大部分，其中大量的服务器的能耗相当高［4］。根据Gartner(全球最具权威的IT研究与顾问咨询公司)的调研显示:“过去五年来，IT设备的能源需求增长已超过五倍”，而未来更是呈规模式增长。由于数据中心的服务器是常年不间断运行的，随信息资源增加而增加的服务器消耗的电量惊人。数据中心的能耗一直是业界关注的重点，技术人员试图寻找降低能耗的途径，但至今还没有有效的解决办法。

1．4 新应用上线时间长

传统的存储架构应用周期较长［5］。通常在增加一个新的信息资源应用系统之前，要安排3-10天的时间进行硬件采购，然后要花20-40小时，为一台服务器安装操作系统和应用程序，接着安装硬件上架、操作系统及补丁、配置安全策略和域及用户权限、配置网络(IP，DNS)、配置存储(DAS，SAN，NAS)、安装必要的系统管理代理、备份代理和其他必要的系统软件、安装配置应用软件、测试应用、安排宕机时间、进行数据迁移，等，总共要花数天甚至数周的时间，而且期间还易发生人为错误。

1．5 业务连续性差

高校信息资源的业务运营连续性和核心数据安全一直都是重中之重［6］。由系统维护引起的运营中断将耗费IT资源、增加学习者时间、降低信息资源的服务效能。信息资源发生灾难恢复时，传统的数据及业务系统备份方式恢复速度慢、业务系统切换延时长，降低了用户对信息资源的持续体验性，加大了信息资源的维护成本和工作量，给系统管理带来很大麻烦。

2 虚拟化技术在高校信息资源存储中的应用

虚拟化是一个广义的术语，通常是指计算元件在虚拟的基础上运行。允许一个平台同时运行多个操作系统，每一个操作系统都运行在一个虚拟的CPU或者是虚拟主机上，应用程序可以在相互独立的空间内运行而互不影响。

虚拟化信息资源存储架构方式是将服务器物理资源抽象成逻辑资源，将众多服务存储设备形成一个存储池，方便系统管理人员采取集中化的管理，并根据具体需求把存储资源动态地分配给各个业务应用。

2．1 虚拟化技术的优点

存储架构虚拟化能够节省开销、优化资源，能够更加轻松地扩展系统容量和性能，以便满足不断增长的信息基础架构的需求，降低管理复杂性及系统故障带来的风险。在服务器环境中，虚拟化技术常被用于提高服务器利用率、降低复杂性、加快调配速度、整合应用迁移、提高灾难恢复的灵活性以及信息基础架构的维护管理效率［7］。

2．2．1 整合提高硬件使用率，降低TCO(服务器投资成本) 虚拟化使得低利用率的服务器负载整合到一台服务器，将不同应用负载虚拟化，用户可以大大减少服务器数量，达到很高的硬件利用率，典型的平均整合比率在8∶1到15∶1。

2．2．2 快速统一部署 利用模板和自动部署向导或拷贝虚拟机，15-30分钟即可创建一个新的虚拟服务器。

2．2．3 节能降耗 以2U服务器为单位计算，有10台服务器的机房一年内可减少50%的消耗电量。需要说明的是，电力消耗是按照服务器平稳运行状态下进行计算的，此外还有其他节省:变压设备、不间断电源(UPS)、电源线、风扇、空调、加湿器、照明，等。

2．2．4 提高系统可用性 物理主机被虚拟化后，计算资源均被“池化”。当资源池里一个节点发生故障时，运行在其上的虚拟机将自动迁移到“健康”的物理主机上。

2．3 服务器虚拟化技术的应用实例

图1 原信息资源存储管理架构

图1是第三军医大学原信息资源存储管理的架构，主要采用分布式管理存储方式。在目前资源日增月累和新的资源业务系统上线应用后，这种存储管理方式管理瓶颈日益突出。首先，每新增一套信息资源管理系统，就要新增几台服务器和对应的资源存储、备份的磁盘阵列设备，造成硬件设备投资成本、管理成本增加;其次，各系统下的信息资源量不尽相同，比如图片资源系统与视频资源系统相比，资源的存储量就小很多，但相对独立的分布式存储管理方式造成硬件设备的利用没发挥最大效能，没能做到“物尽其用”;第三，新增加的信息资源管理系统的操作平台有可能各不相同，比如有的是Windows Server，有的是Linux系统，异构的平台互不兼容，但也必须独占一套管理和存储设备，影响了硬件设备之间的互为共享利用;第四，这种架构方式各业务系统单点运行，如发生设备故障不能替代运行，业务连续性差;此外，还存在新业务系统部署周期长，服务器设备功耗大，机房、UPS、空调等附属设备增加，服务器设备管理复杂程度增高，管理工作量增大等问题。

图2 虚拟化的信息资源存储管理架构

图2是采用虚拟化技术后的资源存储架构。通过VMware系统的服务器虚拟化平台ESX Server，将物理系统映射为逻辑资源池［8］，实现服务器的虚拟化，将通用环境下分区和系统整合，让单台服务器提供多个服务，也能根据需要将某个服务由多台服务器提供，用面向服务、面向需求的系统资源分配方法来改善和优化服务器的计算资源，提高整体服务质量;利用系统中存在的虚拟机转化或克隆模板，在物理服务器上安装多个VM虚拟客户机，按各业务资源系统的需求进行分配，通过自动部署向导或拷贝虚拟机来实现虚拟环境中的快速布署;通过VMware HA功能实现各个VM虚拟主机之间的冗余，业务点产生故障时在其他有空余空间的物理服务器上自动重启虚拟机，避免资源池里单个节点故障时发生宕机或业务长时期中断;再利用VMware VCB技术，定时针对应用系统做备份，当某个应用系统出现损坏时，可以在最短的时间内，恢复到健康的应用系统运行环境。表1为信息资源存储架构虚拟化前后的对比。

表1 信息资源存储架构虚拟化前后的对比

由上述比较可知，利用虚拟化技术对服务器的应用整合，通过对服务器虚拟存储池的统一管理和操作，特别是对多台服务器资源的均衡、协调和调度，最大限度地发挥和利用了现有的计算资源［9］;通过对存储池的伸缩性操作来调整服务器池的处理能力，突破单台计算机的处理能力的限制;同时，虚拟化后存储池系统所具有的强大的容错机制能够保证服务的持续性，提高服务器资源的使用率、业务的连续性，提升信息资源系统运行维护的服务水平。

需说明的是，虽然虚拟化技术在信息资源存储架构中较以往有明显的优势，但在部署应用之前，应该充分考虑本单位的信息资源的建设规模、建设需求以及应用程度等因素［10］，在此基础上来决定需要哪种信息资源存储管理功能(比如虚拟机管理迁移、负载平衡、灾难恢复、快照支持、备份或者补丁管理等)，以便选择适合的虚报化技术产品组件，确保投入成本与效能的最优比。

［1］陈江静．云计算环境下地方高校信息资源共享的最大化［J］．科技情报开发与经济，2011，(15):85

［2］李正忠．虚拟化在企业IT架构中的价值与应用［J］．信息安全与技术，2013，(2):69

［3］崔虹燕，韩金仓．基于云模式的优质教学资源服务平台建设研究［J］．现代情报，2013，(1):43-46

［4］曹茂诚，陈旭，何及夫．服务器虚拟化技术在构建数字化医院中的应用［J］．中国卫生质量管理，2012，(5):80-81

［5］姜晓旭，罗辉．基于云计算构建高校信息资源共享平台的设计方案［J］．中国医学教育技术，2013，(1):39-40

［6］陈慧芬，彭玲．虚拟化云计算在高校多媒体教学中的应用研究［J］．现代计算机:上半月版，2013，(2):52-53

［7］未培，庄彦．浅谈存储虚拟化技术及应用［J］．河南科技学院学报:自然科学版，2012，(5):106

［8］冯文健，李雄，韦涛．基于VMware服务器虚拟化技术在校园网建设中的应用［J］．科技信息，2012，(26):262

［9］陈臣．基于动态安全策略的云数字图书馆虚拟化安全管理研究［J］．现代情报，2013，(1):42

［10］周波．服务器虚拟化的优缺点分析及趋势［J］．微型电脑应用，2012，(9):58